Development of mille-feuille structure materials composed of metals, ceramics and/or polymers

• Project Area: Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
• Project/Area Number: 18H05482
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 三浦 誠司 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50199949)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江村 聡 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主幹研究員 (00354184) ; 藪 浩 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (40396255) ; 斎藤 拓 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90196006)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥142,480,000 (Direct Cost: ¥109,600,000、Indirect Cost: ¥32,880,000); Fiscal Year 2021: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2020: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2019: ¥28,210,000 (Direct Cost: ¥21,700,000、Indirect Cost: ¥6,510,000); Fiscal Year 2018: ¥29,640,000 (Direct Cost: ¥22,800,000、Indirect Cost: ¥6,840,000)
• Keywords: ミルフィーユ物質 / 複相合金 / 高分子合成 / FCC / HCP / ポリマー / ミルフィーユ条件 / 組織制御

Outline of Annual Research Achievements

ミルフィーユ構造物質（MFS）を三種類に区分し、サイズの効果の点から経験的ミルフィーユ条件を明らかにすることを一つの柱として物質探索を行った。(a) 結晶構造型MFSはLPSO相、MAX相、高分子系を含み、典型的層間隔はnmオーダーである。また、(b)組織制御型MFSはAl基やTi基などの二相合金を含み、典型的層間隔はμｍオーダーである。さらに、(c)ハイブリッド型MFSはLPSO―Mg合金、V-V2AlC合金などを含み、組織制御型MFSの構成相の一方が結晶構造型MFSである物質と定義した、これらに関して下記のような研究展開が得られており、既に論文、特許などへの展開が進行中である。
（１）金属系MFSの創製：(1-1) Al-Ag系やNi-Sn合金において，面心立方構造fccと六方最密構造hcpの二相が共通のすべり面を持つことから，ミルフィーユ構造を実現できる合金系が見出された。(1-2) Ti-Mo二元系合金におけるhcp相とbcc相からなる層状ミルフィーユ構造物質が見出された。
（２）高分子系MFSの創製： (2-1)様々なブロック共重合体から，軟質のポリブタジエンやポリイソプレンと硬質のポリスチレンが配列したミルフィーユ構造が得られた．(2-2) フッ素系の結晶性高分子やそのブレンドに対して配向制御法を駆使してミルフィーユ構造を形成し、小角X線散乱測定と電子顕微観察による構造評価から、層状のミルフィーユ構造が形成されていることを確認した。
（３）セラミックス系MFSの創製：MAX相を金属母相と組み合わせたMFS（V-V2AlC）が提案され、母相とMAX相の結晶学的方位関係が経験的ミルフィーユ条件を満たすことを明らかにすると共に、母相と協調的に変形することを明らかにした。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

経験的ミルフィーユ条件を実験的に確認するために十分な素質を持ったミルフィーユ物質が多数確立された。高分子、金属、セラミックスおよびそれらのハイブリッド材において、転位運動屋塑性変形素過程が組織によって制御され、経験的ミルフィーユ条件の実現条件に関する知見が蓄積されつつある。

Strategy for Future Research Activity

これまでに得られた学術的知見をさらに体系化していくと共に、それらに基づいてミルフィーユ構造のさらに幅広い物質系への展開を模索する。実験結果の他班との共有に基づいた理論構築への寄与と、その実験へのフィードバックを加速する。

Research Products

• [Journal Article] Ashura Particles: Experimental and Theoretical Approaches for Creating Phase-Separated Structures of Ternary Blended Polymers in Three-Dimensionally Confined Spaces (2019)
  • Author(s): Yutaro Hirai, Edgar Avalos, Takashi Teramoto, Yasumasa Nishiura, Hiroshi Yabu
  • Journal Title: ACS Omega Volume: 4 Pages: 13106-13106
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b00991
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Preparation of epoxy resins derived from lignin solubilized in tetrabutylphosphonium hydroxide aqueous solutions (2019)
  • Author(s): Nagatani Mao、Tsurumaki Akiko、Takamatsu Koudai、Saito Hiromu、Nakamura Nobuhumi、Ohno Hiroyuki
  • Journal Title: International Journal of Biological Macromolecules Volume: 132 Pages: 585-591
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2019.03.152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Self-Assembled Microrings of Au Nanoparticle and Au Nanorod Clusters Formed at the Equators of Janus Particles (2019)
  • Author(s): Y. Hirai, H. Yabu
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 9 Pages: 17183-17186
  • DOI: 10.1039/c9ra02767j
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formation of LPSO Phases in As-Cast Mg-Al-Zn-Gd Quaternary Alloys (2019)
  • Author(s): 正岡和貴, 山田忠幸, 堀内寿晃, 糸井貴臣, 三浦誠司
  • Journal Title: J. Japan Inst. Metals Volume: 83 Issue: 8 Pages: 257-263
  • DOI: 10.2320/jinstmet.jbw201807 10.2320/jinstmet.JBW201807
  • NAID: 130007683519
  • ISSN: 0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] N- and Fe-containing Carbon Films Prepared by Calcination of Polydopamine Composites Self-assembled at Air/Water Interface for Oxygen Reduction Reaction (2019)
  • Author(s): Abe Hiroya、Nozaki Kohei、Kumatani Akichika、Matsue Tomokazu、Yabu Hiroshi
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 48 Issue: 2 Pages: 102-105
  • DOI: 10.1246/cl.180872
  • NAID: 130007590878
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ductile-to-Brittle Transition Behavior of Low Molecular Weight Polycarbonate Under Carbon Dioxide (2018)
  • Author(s): T. Taguchi, R. Miike, T. Hatakeyama, H. Saito
  • Journal Title: Polym. Eng. Sci. Volume: 印刷中 Pages: 683-690
  • DOI: 10.1002/pen.24599
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tensile properties and interfacial adhesion of silicone rubber/polyethylene blends by reactive blending (2018)
  • Author(s): Matsuura Kana、Saito Hiromu
  • Journal Title: J. Appl. Polym. Sci. Volume: 135 Pages: 46192-46192
  • DOI: 10.1002/app.46192
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evolution of Filament-Shaped Porous Structure in Polycarbonate by Stretching under Carbon Dioxide (2018)
  • Author(s): Tomoaki Taguchi、Tomoe Hatakeyama、Ramu Miike、Hiromu Saito
  • Journal Title: polymers Volume: 10 Pages: 148-148
  • DOI: 10.3390/polym10020148
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Evolution of Two-Phase Blends of Polycarbonate and PMMA by Simultaneous Biaxial Stretching (2018)
  • Author(s): T. Kobayashi, H. Saito
  • Journal Title: polymers Volume: 10 Pages: 950-950
  • DOI: 10.20944/preprints201806.0250.v1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fabrication of honeycomb films by the breath figure technique and their applications (2018)
  • Author(s): H. Yabu
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials Volume: 19 Pages: 802-822
  • DOI: 10.1080/14686996.2018.1528478
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Heterogeneous microstructure in beta Type Ti-Mo alloy through thermomechanical treatment (2019)
  • Author(s): S. Emura, X. Ji, K. Tsuchiya
  • Organizer: The 10th Pacific Rim International Conference on Advance Materials and Processing (PRICM10)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Introduction of research plan in Tokyo University of Agriculture and Technology for Material Science on Mille-Feuille structure (2019)
  • Author(s): T.Murayama, C.Hori, H. Saito
  • Organizer: The Future of Materials Engineering
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mille-feuille-like structure and high tensile strength properties in polypropylene/elastomer blends (2019)
  • Author(s): E. Otsuka, H. Oyama, H. Saito
  • Organizer: The International Conference "Advanced Materials Week 2019"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nanostructured Polymer-Metal Composite Particles (2019)
  • Author(s): H. Yabu
  • Organizer: Nanomaterials for Healthcare
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis and application of catechol-containing random and block copolymers (2019)
  • Author(s): H. Yabu
  • Organizer: PESI 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Fabrication of Honeycomb Films by the Breath Figure Technique and Their Applications (2019)
  • Author(s): H. Yabu
  • Organizer: Okinawa Colloids 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Mageneto-Responsive Metafluids: Polymer-Nanoparticle Composite Microspheres for SERS Sensing (2019)
  • Author(s): H. Yabu
  • Organizer: Okinawa Colloids 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mageneto-Responsive Particles Decorated with Plasmonic Nanoparticle Clusters for Molecular Sensing (2019)
  • Author(s): H. Yabu
  • Organizer: Optofluidics and Electrokinetics 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属材料中における粒界偏析と鈴木効果の熱力学的評価 (2019)
  • Author(s): 徳永辰也, 三浦誠司, 大谷博司
  • Organizer: 日本鉄鋼協会「高温材料の高強度化」研究会 第４回研究会
  • Invited
• [Presentation] 磁場中スリップキャストと放電プラズマ焼結により作製したTi3SiC2焼結体の力学特性に及ぼす配向方位の影響 (2019)
  • Author(s): 池田賢一, 白紙悠之, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
  • Organizer: 粉体粉末冶金協会 2019年度秋季大会（第124回講演大会）
  • Invited
• [Presentation] Al-Ag2Al 二相合金の組織制御とミルフィーユ条件の検討 (2019)
  • Author(s): 三浦誠司, 石坂篤史, 池田賢一
  • Organizer: 日本金属学会 2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] ポリマーブレンドの相構造制御と力学特性 (2019)
  • Author(s): 斎藤拓
  • Organizer: 高分子学会年次大会
  • Invited
• [Presentation] 高分子力学物性 (2019)
  • Author(s): 斎藤拓
  • Organizer: 日本接着学会
  • Invited
• [Presentation] Ti-12Mo合金におけるα相析出挙動に及ぼす冷間軽圧延の影響 (2019)
  • Author(s): 江村聡, ジ シン
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] 合金の積層欠陥における溶質元素の偏析挙動の熱力学的評価 (2019)
  • Author(s): 徳永辰也，和泉勇樹，恵良秀則
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] 硬軟二相の周期構造からなるミルフィーユ構造の実現と機械的性質の解明 (2019)
  • Author(s): 石坂篤史, 三浦誠司, 滝沢聡, 池田賢一
  • Organizer: 日本鉄鋼協会北海道支部・日本金属学会北海道支部 両支部合同サマーセッション
• [Presentation] bcc/MAX 相セラミックス二相組織の相平衡と機械的特性の調査 (2019)
  • Author(s): 工藤拓人, 三浦誠司, 池田賢一, 関戸信彰
  • Organizer: 日本鉄鋼協会北海道支部・日本金属学会北海道支部 両支部合同サマーセッション
• [Presentation] Nb2Co7の結晶構造依存型ミルフィーユ物質としての可能性 (2019)
  • Author(s): 山田小夏, 堀内寿晃, 池田賢一, 三浦誠司, F. Stein
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] 磁場中スリップキャスティングと SPSにより作製した Ti3SiC2の高温圧縮強度の配向方位依存性 (2019)
  • Author(s): 白紙悠之, 池田賢一, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
  • Organizer: 日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
• [Presentation] bcc/MAX相セラミックス二相組織の組織制御と機械的特性 (2019)
  • Author(s): 工藤拓人, 三浦誠司, 池田賢一, 関戸信彰
  • Organizer: 日本金属学会 高温変形の組織ダイナミクス研究会「 2019 年度 夏の学校」
• [Presentation] 結晶配向させたTi3SiC2焼結体の力学特性に及ぼす配向方位の影響 (2019)
  • Author(s): 白紙悠之, 池田賢一, 三浦誠司, 森田孝治, 鈴木達, 目義雄
  • Organizer: 日本金属学会 高温変形の組織ダイナミクス研究会「 2019 年度 夏の学校」
• [Presentation] Study on the Two-phase Materials with Mille-feuille Structures with a Stacking of Hard and Soft Phases (2019)
  • Author(s): A. Ishizaka, S. Miura, K. Ikeda, S. Takizawa
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
• [Presentation] Phase equilibrium and mechanical properties of bcc-V/Max two-phase alloys (2019)
  • Author(s): H. Kudo, S. Miura, K. Ikeda, N. Sekido
  • Organizer: Intermetallics2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 長周期型Mg-Cu-M(Pd，Pt，Au)-Y合金の作製と組織観察 (2019)
  • Author(s): 上杉翔平, 堀内寿晃, 三浦誠司, 糸井貴臣
  • Organizer: 軽金属学会 2019年第137回秋期大会
• [Presentation] Mg-TMs-RE系合金のLPSO相形成に及ぼす遷移金属元素の影響 (2019)
  • Author(s): 森山弘啓、池田賢一、三浦誠司、糸井貴臣
  • Organizer: 日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
• [Presentation] ミルフィーユ的複層構造のチタン合金への適用 (2019)
  • Author(s): 江村 聡
  • Organizer: 日本金属学会2019年春期(第164回)講演大会
  • Invited
• [Presentation] Possibility of kink formation and high tensile strength by thermal elongation of crystalline polymer blends (2018)
  • Author(s): H. Hamatani, K. Okuma, H. Saito, D. Egusa, E. Abe
  • Organizer: LPSO 2018 Kumamoto
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Phase diagram Exploration for Two-phase lamellar microstructure to find the candidates of “mille-feuille structure (MFS)” materials (2018)
  • Author(s): S. Miura, K. Ikeda
  • Organizer: LPSO 2018 Kumamoto
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ポリマーアロイ・ブレンドの高次構造制御と物性 (2018)
  • Author(s): 斎藤拓
  • Organizer: プラスチック成形加工学会第29回年次大会
  • Invited
• [Presentation] ポリマーブレンドの基礎と応用 (2018)
  • Author(s): 斎藤拓
  • Organizer: 有機材料フォーラム
  • Invited
• [Presentation] 結晶性高分子のミルフィーユ構造形成と力学特性 (2018)
  • Author(s): 斎藤拓
  • Organizer: 日本材料学会 第99回高分子材料セミナー
  • Invited
• [Presentation] 高分子材料におけるキンク強化の理解に向けた多層構造形成 (2018)
  • Author(s): 藪浩
  • Organizer: 日本金属学会2018秋期講演大会
  • Invited
• [Presentation] 新規金属ミルフィーユ構造の構造制御と物質創製 (2018)
  • Author(s): 三浦誠司、池田賢一
  • Organizer: 軽金属学会第135回秋期大会
  • Invited
• [Presentation] 天然ゴム発泡体の空孔制御と伸長結晶化の促進 (2018)
  • Author(s): 福嶋大樹、斎藤拓
  • Organizer: 2018年度日本ゴム協会年次大会
• [Presentation] 高圧CO2によるポリウレタンの結晶構造と力学物性の制御 (2018)
  • Author(s): 三戸康平、斎藤拓
  • Organizer: 2018年度日本ゴム協会年次大会
• [Presentation] 高圧CO2下におけるポリウレタンのモザイク状結晶の形成 (2018)
  • Author(s): 三戸康平、斎藤拓
  • Organizer: 平成30年度繊維学会年次大会
• [Presentation] ポリプロピレンにおける微細繊維構造の形成と結晶化の加速 (2018)
  • Author(s): 馬場先詩織、斎藤拓
  • Organizer: 平成30年度繊維学会年次大会
• [Presentation] 超臨界CO2を用いた天然ゴム発泡体の空孔制御と力学物性 (2018)
  • Author(s): 福嶋大樹、斎藤拓
  • Organizer: プラスチック成形加工学会第29回年次大会
• [Presentation] ポリプロピレン/エラストマーブレンドにおける微細繊維構造の形成と結晶化の加速 (2018)
  • Author(s): 馬場先詩織、斎藤拓
  • Organizer: プラスチック成形加工学会第29回年次大会
• [Presentation] フッ素系ポリマーブレンドにおけるキンク強化の可能性 (2018)
  • Author(s): 濱谷駿夫、大熊晃司、斎藤拓、江草大祐、阿部英司
  • Organizer: 日本金属学会秋期講演大会（第163回）シンポジウム S1 キンク強化の材料科学 I
• [Presentation] チタン合金におけるミルフィーユ構造実現に向けた実験的検討 (2018)
  • Author(s): 江村 聡
  • Organizer: 日本金属学会秋期講演大会（第163回）シンポジウム S1 キンク強化の材料科学 I
• [Presentation] Phase diagram Exploration for Two-phase lamellar microstructure to find the candidates of “mille-feuille structure (MFS)” materials (2018)
  • Author(s): S. Miura, K. Ikeda
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long Period Stacking Ordered Structure and Mille feuille Structure (LPSO2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Imparting Mille-Feuille-like Structure to Ti-Mo alloy (2018)
  • Author(s): S Emura
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long Period Stacking Ordered Structure and Mille feuille Structure (LPSO2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Orientation Dependence of Mechanical Properties of Textured Ti3SiC2 MAX Phase Ceramic Fabricated by Slip Casting in a Magnetic Field and Spark Plasma Sintering (2018)
  • Author(s): K. Ikeda, Y. Shirakami, S. Miura, K. Morita, Y. Sakka
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Li Addition on Phase Stability of LPSO Phase Formed in Mg-TM-RE System Alloys (2018)
  • Author(s): H. Moriyama, K. Ikeda, S. Miura, T. Itoi
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Thermodynamic Study on Segregation of Solute Elements to Stacking Faults in Some Binary Alloy Systems (2018)
  • Author(s): T. Tokunaga, H. Era
  • Organizer: The 4th International Symposium on Long-Period Stacking Ordered Structure and Mille-feuille Structure (LPSO2018)
  • Int'l Joint Research
• [Patent(Industrial Property Rights)] 硬質・軟質積層構造材料及びその製造方法 (2018)
  • Inventor(s): 河村能人、山崎倫昭、斎藤拓、阿部英司
  • Industrial Property Rights Holder: 河村能人、山崎倫昭、斎藤拓、阿部英司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-095437
  • Filing Date: 2018